彩虹是半圆的因为阳光和水滴的角度刚好让光线只能斜着跑完一遍折射反射再折射的过程。而且地面会挡住下半部分光线所以实际看到的是弯弯的圆弧。要是站在云朵上可能能看到完整圆圈但现实中很难实现。

彩虹的形成和太阳高度角有关，当太阳离地面超过42度时才会出现彩虹。具体来说光线进入水滴后折射角度是58度，反射后再次折射出水面时总角度刚好是42度。这个固定角度决定了观察者只能看到以太阳为顶点的半圆形区域。实验数据显示当太阳高度低于42度时彩虹会消失，而达到这个角度后彩虹半径正好是太阳高度角对应的圆弧。比如当太阳在50度时彩虹半径约58度，这个数值刚好和光线折射角度吻合。而且水滴直径在0.02到0.06毫米之间时效果最佳，太大会让光线分散太细看不清。所以综合这些条件，我们实际能看到的彩虹只能是半圆形。